Anizotropní řešení při stanovování napjatosti v horninovém prostředí pomocí uvolňovací metody CCBO

Alice Petrlíková

Doctoral thesis

Anisotropy respected in determination of the stress state in a rock mass using the CCBO relief method

Abstract:

Metoda CCBO se používá pro stanovení napjatosti v horninovém masivu pomocí speciální kuželové sondy, která je instalovaná na konci vrtu. Tato tenzometrická sonda je obvrtaná a tím je docíleno relaxace napětí, které v daném místě původně působilo. Na základě naměřených přetvoření na tenzometrech, umístěných ve specifických směrech na povrchu sondy, se stanovuje úplný tenzor napjatosti v idealizovaném bodě. Disertační práce se zabývá stanovením potřebného vztahu mezi napětím a přetvořením, který je zde nazýván distribuční maticí. Tato distribuční matice je stanovena na základě numerického modelu, který simuluje obvrtání sondy umístěné ve vrtu při působení určitých napětí. Předpokládá se, že horninové okolí sondy je homogenní, lineárně pružné. Nedílnou součástí numerického modelu je informace o deformačních charakteristikách horninového prostředí. Nejběžněji se v laboratořích stanovují deformační charakteristiky za předpokladu, že materiál je izotropní. Ve většině případů však horninový materiál jeví známky anizotropie a použitím izotropního materiálového modelu se do procesu stanovování distribuční matice zavádí chyba. Vědecké výstupy z podzemních výzkumných laboratoří po světě mění pohled na to, co je základním standardem. Tím se stává použití úplné matice tuhosti příčně izotropního materiálu při stanovování úplného tenzoru napjatosti v horninovém masivu. Nejnovějším trendem v této problematice je citlivostní analýza výsledného tenzoru napjatosti na hypotetických variantách matice tuhosti horninového materiálu. Tato disertační práce se zabývá citlivostní analýzou výsledného tenzoru napjatosti, založeného na vědeckých výsledcích laboratorního testování grimselského granitu z podzemní výzkumné laboratoře GTS. U orientovaného horninového vzorku odebraného v blízkosti měřicí sondy CCBO jsou stanoveny úplné matice tuhosti materiálu spolu se směry hlavních os pro tři zatěžovací stavy. Vzhledem k tomu, že podobné citlivostní analýzy byly ve světě prováděny doposud pouze na základě hypotetických variant tuhosti materiálu, nabízí praktická část této disertační práce unikátní a vědecky podložené výsledky.

Abstract:

The CCBO method is used to determine the stress tensor in the rock using a special conical probe installed at the end of the borehole. This strainmetric probe is overcored, causing relaxation of the stress originally acting at the location. The full stress tensor at the idealised point is determined from the strains measured on strain gauges placed on the probe in specific directions. The thesis deals with the determination of the necessary relationship between stress and strain, called the distribution matrix. This distribution matrix is determined on the basis of numerical modelling, where the model simulates a probe placed in a borehole and its overcoring under the action of certain stresses. The rock surrounding the probe is assumed to be homogeneous and linearly elastic. An integral part of the numerical model is information about the deformation characteristics of the rock environment. Deformation characteristics are most commonly determined in the laboratory under the assumption that the material is isotropic. In most cases, the rock material shows signs of anisotropy and the use of an isotropic material model in the numerical model introduces error into the process of determining the distribution matrix. Scientific output from underground research laboratories around the world is changing the way we look at what constitutes a basic standard. This is becoming the established complete stiffness matrix for assuming a transversely isotropic material and its use in determining the complete stress tensor in the rock mass. The most recent trend in this area is the sensitivity analysis of the resulting stress tensor to hypothetical variants of the rock stiffness matrix. This dissertation deals with the sensitivity analysis of the resulting stress tensor to the scientifically based results of laboratory testing on Grimsel granite from the GTS underground research laboratory. For an oriented rock sample taken in the vicinity of the CCBO probe, the complete material stiffness matrices are determined along with the principal axis directions for the three load cases. Considering that similar sensitivity analyses have been carried out worldwide only on the basis of hypothetical variants of material stiffness, the practical part of this thesis offers unique and scientifically based results.

Keywords

CCBO metoda, anizotropie, tenzor napjatosti, numerické modelování, GTS, citlivostní analýza, matice tuhosti horninového materiálu

Keywords

CCBO method, anisotropy, stress tensor, numerical modelling, GTS, sensitivity analysis, stiffness matrix of rock material

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 29. 1. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Petr Koníček
• Reader: Lumír Miča, Lubomír Staš, Richard Šňupárek

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Doctoral programme / field:
Stavební inženýrství / Geotechnika